Фізичні властивості матеріалів

Рис. 1.1 - Вплив зовнішнього середовища на конструкції будівель

Щоб будівля або споруда була міцною та долговічною, необхідно знати агресивні дії зовнішнього середовища, в якому буде працювати кожна конструкція (рис.1.1.). Тому важливо знати, які властивості має той чи інший матеріал.

Фізичні властивості матеріалу характеризують його відношення до фізичних процесів навколишнього середовища і визначаються параметрами стану матеріалу. До параметрів стану матеріалу відносять такі технічні характеристики:

істинна щільністьr (г/см³, кг/м³) – маса одиниця об'єму абсолютно щільного матеріалу. Якщо маса матеріалу m, а його обсяг V_а – його обсяг у щільному стані, то

r = m/Vа;

середня щільністьr _о (г/см³, кг/м³) – маса одиниці об'єму матеріалу в природному стані (з порами і дефектами):

r _о = m/V.

Середня щільність матеріалу завжди менше істиною щільності. Наприклад: середня щільність легкого бетону – 500-1800 кг/м³, а його істинна щільність – 2600 кг/м³;

відносна щільність d виражає щільність матеріалу стосовно щільності води і є безрозмірною величиною;

насипна щільність r _н (г/см^3, кг/м³) – маса одиниці об'єму пухко насипаних зернистих чи волокнистих матеріалів (цемент, пісок, щебінь і т.д). Якщо маса матеріалу m, а V_н – його обсяг у пухко насипному стані, то

r _н = m/Vн;

пористість П – є ступінь заповнення матеріалу порами.

Пористість виражають у % чи частках одиниці.

При експериментально-розрахунковому методі визначення пористості використовують значення істинної й середньої пористості:

П=(1 – ρ _о/ρ)100%.

Значення пористості будівельних матеріалів коливається від 0 до 98%. Наприклад, пористість важкого бетону – 10%; цегли звичайної – 32%; природних кам'яних матеріалів магматичного походження – 1, 4%; міпори (спінених полімерів) – 98% (табл. 1.1).

Таблиця 1.1 - Значення істинної й середньої щільності, пористості для деяких будівельних матеріалів

Гігроскопічність – здатність матеріалів поглинати вологу з повітря. Залежить від хімічного складу матеріалу і характеру його пористості.

Вологість матеріалу визначається вмістом вологи, віднесеної до маси матеріалу в сухому стані, залежить як від властивостей самого матеріалу, так і від навколишнього середовища. Вологість впливає на теплопровідність, стійкість до гниття і т.д.

Водопоглинення – здатність матеріалу всмоктувати й утримувати воду.

Розрізняють водопоглинення за масою і об’емом:

W_m = [(m₁ – m)/m] · 100%;

W_v = [(m₁ – m)/v] · 100%,

де m₁ - маса зразка, насиченого водою;

m - маса сухого зразка.

Водопроникність – це властивість матеріалу пропускати воду під тиском. Водопроникність характеризується коефіцієнтом фільтрації К_ф (м/г):

Коефіцієнт розм'якшення – К_р – відношення міцності матеріалу, насиченого водою R_в, до міцності сухого матеріалу R_с:

К_р = R_в/R_с.

Коефіцієнт розм'якшення характеризує водостійкість матеріалу, він змінюється від 0 (розмокла глина) до 1 (метали). Якщо коефіцієнт розм'якшення менше 0, 8, то матеріали не застосовують у будівельних конструкціях, що знаходяться у воді.

Морозостійкість – властивістьнасиченого водою матеріалу витримуватипопереміннозаморожування і відтавання. Морозостійкість матеріалу кількісно оцінюється циклами і відповідно маркою за морозостійкістю. За марку матеріалу по морозостійкості приймають найбільше число циклів поперемінно заморожування і відтавання, що витримують зразки матеріалу без зниження міцності на стиск більше 15%; втрати маси більше 5%.

Теплопровідність – властивість матеріалу передавати тепло від однієї поверхні до іншої. Характеристикою теплопровідності є коефіцієнт теплопровідності λ (Вт/м ^оС) На практиці зручно судити про теплопровідність за щільністю матеріалу.

Зазначена залежність виражається формулою В.П. Некрасова:

λ =1, 16 ,

деd – відносна щільність матеріалу.

Теплоємність – здатність матеріалу акумулювати тепло при нагріванні і виділяти тепло при остиганні;

Вогнестійкість – властивість матеріалу витримувати тривалий вплив високої температури (від 1580 ^оС), не розм'якшуючись і не деформуючись.

Вогнестійкість – властивість матеріалу пручатися дії вогню при пожежі протягом певного часу, залежить від здатності матеріалу спалахувати і горіти. Неспалювані матеріали – це бетони, інші матеріали на основі мінеральних в'яжучих, цегла, сталь та ін. Важкоспалювані під впливом вогню чи високої температури жевріють, але після припинення горіння і тління їх дія припиняється.